Vortrag Optimale Klärgasnutzung?

Transkript

1 Vortrag Optimale Klärgasnutzung? Klärwärtertagung vom 02. Juni 2015 Pfalzkeller, St. Gallen

2 Präsentationsablauf (z.b. ARA Buchs SG) 2

3 Klärgasnutzung aktuell v.a. in Blockheizkraftwerken (BHKW) 3

4 Wärme- und Stromproduktion Gesamtwirkungsgrad bei 80 bis 90%!! 4

5 Vorteile Sicherer Betrieb Eigene Strom- und Wärmeproduktion Unabhängigkeit Eigenversorgungsgrad elektrisch von minimal 30% bis über 100% bei ARA s mit Co-Vergärung und/oder Abwasserkraftwerk Eigenversorgungsgrad Wärme im Normalfall zu 100% => wärmeautark Generierung von zusätzlichen Einnahmen (KEV) 5

6 Nachteile Relativ hohe Betriebs- und Wartungskosten Luftreinhalteverordnung (gesicherte Einhaltung v.a. auch in Zukunft schwierig, Verschärfung LRV) Stromproduktion kann in der Regel jederzeit vollumfänglich genutzt werden, aber Wärmeproduktion v.a. im Sommerhalbjahr oft um einiges grösser als der Wärmebedarf ARA Sofern keine anderweitige Nutzung (externe Abgabe) vorhanden, dann Wärme ungenutzt über Dach oder ins Abwasser 6

7 (EnG vom 26. Juni 1998, Stand am 1. Juli 2012) Artikel 3, Grundsätze Jede Energie ist möglichst sparsam und rationell zu verwenden. Erneuerbare Energien sind verstärkt zu nutzen. Eine sparsame und rationelle Energienutzung bedeutet vor allem: a. den Energieeinsatz so tief als möglich zu halten; b. die Energie bestmöglich einzusetzen; c. die eingesetzte Energie möglichst vollständig zu nutzen (hoher Energiewirkungsgrad); d. verwendbare Abwärme zu nutzen. 7

8 Ansatz / Idee: Aufbereitung des Klärgases zu Biomethan und Einspeisung ins Erdgasnetz Damit kann eine annähernd vollständige Nutzung der gesamten Energiemenge des Klärgases erfolgen und dies v.a. über das ganze Jahr. Nutzung der auf der ARA vorhandenen Abwärmen 8

9 Qualitätsanforderungen an die Einspeisung Das auf der ARA anfallende Biogas verfügt über einen Methananteil (CH 4 ) von 60 bis 65%. Der restliche Anteil ist v.a. Kohlendioxid (CO 2 ). Aufbereitetes Biogas muss zur Einspeisung ins Erdgasnetz einen minimalen Methananteil von Vol.-96% aufweisen. gemäss den SVGW-Gasleitsätzen darf der obere Heizwert (Brennwert) von 10.7 kwh/nm 3 um nicht mehr als 2 % unterschritten werden. Fazit: Das Kohlendioxid muss weitgehend aus dem Klärgas entfernt werden. 9

10 Überwachung Der Methangehalt im aufbereiteten Biogas wird kontinuierlich überwacht und aufgezeichnet. Unterschreitet der unter Berücksichtigung eines Messfehlers ermittelte Methangehalt im Produktgas 96.0 Vol.-%, so wird ein Alarm ausgelöst und die Einspeisung wird unterbrochen. Zudem ist eine Entschwefelung erforderlich, welche mittels Aktivkohlefilter erfolgt. Da das aufbereitete Biogas annährend geruchlos ist, muss es (analog dem Erdgas) vor der Einspeisung ins Erdgasnetz odoriert werden. 10

11 Vier sschritte erforderlich Gastrocknung ( Abkühlung mit Kondensat- Abtrennung) Biogasentschwefelung ( Aktivkohle) die Trennung von Methan und Kohlendioxid ( Herzstück der Aufbereitung, es sind verschiedene möglich) Konditionierung vor der Einspeisung ins Erdgasnetz ( Odorierung) 11

12 Entwicklung Erste Anlagen vor rund 10 Jahren in Betrieb gegangen (z.b. Biogasanlage Pratteln, ARA Bischofszell, ARA Romanshorn, etc.) Zum Einsatz kam eine organisch-physikalische Wäsche der Firma Sterling Fluid Systems. Nach (langen) Anfahrschwierigkeiten gelang es, abgetrenntes CH 4 einzuspeisen. Wirkungsgrad lag lediglich bei etwa 50%! Nahezu die Hälfte der CH 4 -Konzentration des Rohbiogases ging über den Abgasstrom verloren! Folge: Anlagen wurden wieder ausser Betrieb genommen. 12

13 Aktuelle Aminwäsche Bei diesem drucklosen wird ein chemisches Waschmittel (MEA oder DEA) eingesetzt. minimalster Methanschlupf über das Off-Gas benötigt aber Chemikalien und Prozesswärme Membranverfahren Aufgrund der unterschiedlichen Permeationsraten kann unter einem bestimmten Druck die Abtrennung an einer Membran erfolgen keine Chemikalien erforderlich geringer Methanschlupf über Off-Gas keine Prozesswärme zur Regeneration notwendig 13

14 Besterprobtes Membranverfahren Membranhohlfasern Membranmodul 14

15 Beispiel: ARA Buchs SG Gewähltes : Membranverfahren Investor: Energie 360 AG (vormals Erdgas Zürich) Schnittstelle: Die ARA verkauft der Energie 360 AG das Rohgas Für die Investition, Betrieb und Vertrieb zeichnet die Energie 360 verantwortlich Risiko liegt beim Investor Wärmebedarf der ARA: wird gedeckt durch Abwärme aus der nahen KVA Buchs Termine: Baubewilligung liegt vor, IBS ca. im September 2015 Planung: Energie 360 und K+H 15

16 Beispiel: ARA Buchs SG Anlage mitsamt Steuerung im Container Lediglich Aktivkohlefilter und Odorierung im Freien 16

17 Bsp.: ARA Windisch (AV Brugg-Birrfeld) Gewähltes : Membranverfahren Investor: AV Brugg-Birrfeld Schnittstelle: Einspeisestelle ins Erdgasnetz Wärmebedarf der ARA wird gedeckt durch Abwasserwärme-Nutzung, Prozesswärme Gebläse und als Reserve (Spitzenabdeckung) Erdgaskessel Termine: Submission erfolgt, IBS im Frühjahr 2016 Planung: K+H und Biopower Nordwestschweiz AG Geplanter Containerstandort: auf Betonplatte direkt vor der Faulung 17

18 Weitere Biogasaufbereitungsanlagen ARA Region Bern (Wechseldruck-Adsorptions- Anlage), IBS 2008 Anlagen mit Membran- Biopower-Anlage in Pratteln (Beginn 2013) Biogasanlage Bachenbülach (2013) Zweckverband Abwasserregion Solothurn-Emme (ZASE) in Zuchwil (Ende 2014) ARA Romanshorn: (2014) ARA Reinach (Kt. AG): IBS Mai 2015 etc. 18

19 Danke Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 19